就像空间结构中强烈的引力坑一样，几乎所有的黑洞似乎都有两种大小:小的和巨大的。据估计，我们的星系散落着1亿个小黑洞(质量是太阳的几倍)，这些黑洞是由爆炸的恒星产生的。宇宙中到处都是超大质量黑洞，它们的质量是太阳的数百万或数十亿倍，存在于星系的中心。

一个长期寻找的缺失环节是中等质量黑洞，其质量在100到10万太阳质量之间。它们是如何形成的，它们会在哪里出没，为什么它们看起来如此罕见?

天文学家已经通过各种观测技术发现了其他可能存在的中等质量黑洞。其中两个最佳候选者——哈勃在2020年帮助发现的3XMM J215022.4−055108和2009年发现的HLX-1——位于其他星系外围的密集星团中。这些可能存在的黑洞中的每一个都有数万个太阳的质量，并且可能曾经位于矮星系的中心。美国宇航局的钱德拉x射线天文台也帮助发现了许多可能的中间黑洞，包括2018年的一个大样本。

在离地球更近的地方，在环绕银河系的密集球状星团中发现了许多疑似中等质量黑洞。例如，2008年，哈勃望远镜的天文学家宣布，在球状星团半人马座欧米茄(Omega Centauri)中疑似存在一个中等质量的黑洞。由于许多原因，包括需要更多的数据，这些和其他中等质量黑洞的发现仍然没有定论，也不能排除其他理论。

哈勃望远镜的独特能力现在被用来瞄准球状星团梅西耶4 (M4)的核心，以比以前更高的精度进行黑洞搜寻。“没有哈勃，你无法进行这种科学研究，”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的爱德华多·维特拉尔(Eduardo Vitral)说，他是即将发表在《科学》杂志上的一篇论文的主要作者皇家天文学会月刊。

维特拉尔的研究小组发现了一个中等质量黑洞，其质量大约是太阳的800倍。这个可疑的物体是看不见的，但是它的质量是通过研究被它的引力场吸引的恒星的运动来计算的，就像蜜蜂在蜂巢周围聚集一样。测量它们的运动需要时间，也需要很高的精度。这就是哈勃完成了当今其他望远镜无法做到的事情。天文学家查看了哈勃望远镜12年来对M4的观测结果，并确定了精确的恒星。

他的团队估计M4黑洞的质量可能是太阳的800倍。哈勃的数据倾向于排除这个天体的其他理论，比如一个由未解决的恒星残骸组成的紧凑的中央星团，比如中子星，或者是相互旋转的较小的黑洞。

“我们很有信心，我们有一个非常小的区域，有很多集中的质量。它比我们之前在其他球状星团中发现的最密集的黑暗物质小三倍。”“当我们考虑到在星团中心隔离的黑洞、中子星和白矮星的集合时，这个区域比我们用数值模拟所能重现的更紧凑。它们不能形成如此密集的质量。”

一组紧密结合的物体在动态上是不稳定的。如果这个物体不是一个单一的中等质量黑洞，那么它将需要大约40个较小的黑洞挤在一个只有十分之一光年宽的空间里，才能产生观测到的恒星运动。结果是，它们会在星际弹球游戏中合并或被弹出。

“我们测量恒星的运动和它们的位置，并应用物理模型来试图重现这些运动。我们最终测量了星团中心的暗质量延伸，”Vitral说。“离中心质量越近，恒星的运动就越随机。而且，中心质量越大，这些恒星的速度就越快。”

由于球状星团中的中等质量黑洞是如此难以捉摸，Vitral警告说，“虽然我们不能完全肯定它是重力的中心点，但我们可以证明它非常小。它太小了，我们只能解释它是一个单一的黑洞。或者，可能存在一种我们根本不知道的恒星机制，至少在当前的物理学中是这样。”

视频:https://youtu.be/uzF3eFN-WdE

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理着这台望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃和韦伯的科学操作。STScI是由位于华盛顿特区的美国大学天文学研究协会为美国宇航局运营的爱博网站